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自潤滑軸承掉塊原因及自潤滑關節軸承磨損和斷裂舉例2022-11-21 10:49:22
自潤滑軸承具有承載能力、耐磨性好、使用壽命長等優點，廣泛應用于飛機著陸系統，但在飛機維修中經常發現自潤滑軸承內環塊，或自潤滑關節軸承磨損斷裂，針對這些故障現象，中國軸承網（以下簡稱：中國軸承網）根據軸承知識，分享相關自潤滑軸承故障實例。
1、自潤滑軸承塊形狀圖及特點
如圖1所示，自潤滑軸承外圈和自潤滑層末端損壞，內圈上端表面脫落，斷口呈新月形，斷口無明顯塑性變形和腐蝕。斷口左側有一斷口擴展到基體的裂紋（A裂紋)，其內側已擴展到接近軸承上端面，外側比內側慢。此外，內圈與A裂紋呈圓心對稱位置的裂紋（B裂紋)，裂紋類似于直線，從軸承上端面向內延伸。
圖1 自潤滑軸承的宏觀形狀
結果見圖2。整個斷口上擴展棱線明顯，裂紋擴展路徑為：裂紋在軸承右側上端面處起源，而后沿軸承內側由內向外同時擴展。沿內側擴展到左上端后，裂紋從內到外徑向擴展，最終在軸承外形成瞬時斷裂區。在整個斷口的外側，特別是在拐角處，有更多的黃棕色附著物，是軸承內外圈相對旋轉過程中斷口的自潤滑材料。
圖2 斷口形態
2、自潤滑軸承塊的原因
通過宏觀和微觀檢查，以及金相檢測，軸承內圈塊斷口形狀均勻，擴展邊緣清晰，源區、擴展區和瞬時斷裂區明顯，無宏觀塑性變形和腐蝕特性。根據上述特點，軸承塊的性質是疲勞斷裂。
斷裂裂紋起源于端面內側，沿軸承內側和徑向擴展；軸承內側的擴展速度大于徑向擴展速度。A裂紋起源于斷口源區附近，軸承內側的擴展速度也快于外側。上述現象表明，裂紋的形成源于軸對軸承的沖擊。由于裂紋的存在，塊斷裂前的實際沖擊力相對較小，因此瞬斷區面積較小。雖然軸承的硬度符合技術要求，但組織中較大的殘余奧氏體和網狀碳化物顯然會降低材料的沖擊韌性和對沖擊載荷的承載能力。
由于飛機降落時起落架的下放角度相同，軸承受最大沖擊載荷時的位置，即斷口源區的位置也固定。這也是為什么B裂紋的位置類似于塊斷口的源區域。
3、自潤滑關節軸承磨損圖及特點
如圖3、4所示，由此可見，自潤滑關節軸承一端球面磨損嚴重，金屬基體已暴露。軸承內外圈為芳綸聚四氟乙烯纖維織物墊，故障軸承內圈仍可在外圈內隨意旋轉。內圈磨損球面對應的外圈滑動表面襯墊已磨損，露出金屬基體。磨損一端磨損，另一端球面和襯墊完好。從球面360圓方向觀察發現，球面340范圍內有磨損。
圖3自潤滑關節軸承宏觀圖
圖4軸承內外環磨損宏觀圖
4.自潤滑關節軸承磨損原因分析
軸承表面磨損失效主要是由于軸承受單力大，超過軸承正常使用條件，導致軸承摩擦副磨損加速，導致軸承磨損失效。
從軸承磨損失效的角度來看，球面陶瓷涂層和襯墊磨損，露出金屬基體。自潤滑關節軸承磨損失效可從以下三個方面進行分析：
（1）從襯墊磨損失效分析，從球磨損形狀可以看出，軸承單側應力嚴重，導致軸承一端磨損嚴重，應力集中，超過襯墊正常使用條件，導致軸承襯墊快速損失，襯墊磨損后，使內圈陶瓷涂層與外圈金屬基底接觸，磨損，損壞內圈陶瓷涂層，鋼磨。
（2）從陶瓷涂層的磨損失效分析可以看出，陶瓷涂層有兩種脫落形式。一是陶瓷涂層在摩擦過程中逐漸減薄，最終暴露金屬基體；二是陶瓷涂層組合差，整體剝落，主要集中在軸承端面附近。故障軸承嚴重磨損的區域位于內圈陶瓷涂層與金屬基體的交界處，陶瓷涂層與金屬基體粘結較弱，易剝落。在實際工況下，當內圈陶瓷涂層與金屬基體交界處單向載荷較大時，陶瓷涂層脫落，導致內圈金屬基體與襯墊對磨，加速襯墊磨損，最終發生鋼-鋼對磨。
（3）在軸承使用過程中，外來異物可能會進入摩擦副，增加磨損因數，加速軸承的磨損。根據用戶提供的試驗載荷譜，故障軸承在試驗過程中不受軸向力的影響。但從軸承磨損的角度來看，軸承也受到徑向力的影響。
5、自潤滑關節軸承斷裂形貌圖及特征
如圖5所示，軸承內圈斷口的宏觀形狀圖由圖5所示a、5b裂紋處無明顯塑性變形，并沿軸承端向內擴展。沿擴展方向人工打開裂紋形成斷口試樣(圖5c)，觀察斷面，發現斷面平整細膩，具有疲勞特征，其中靠近內圈端面的斷面為裂紋源，如圖5所示c中黑色箭頭所指區域。源區為點源，灰黑色；源區側表面（軸承端面）磨損、滾動特征明顯，磨損方向周向；整個斷口可見明顯的疲勞擴展條紋（圖5）d)。
圖5軸承內圈斷口宏觀圖
6.分析自潤滑關節軸承斷裂的原因
從宏觀觀察可以看出，裂紋無明顯的塑性變形，斷口平整細膩，擴展區可見明顯的疲勞輝紋，具有疲勞特征。根據掃描電鏡的觀察，軸承端面具有明顯的粘附磨損特性，磨損方向為周向。根據金相分析，斷口附近有二次裂紋，向內擴展，裂紋尾部扭曲變形，金屬流線清晰；主裂紋周圍無異常，排除軸承制造過程中裂紋的可能性。軸承端表面有明顯的塑性變形層，厚度不均勻，部分區域的塑性變形層脫落，形成凹坑，表明軸承端表面力不均勻，塑性變形層有微裂紋。
桿端自潤滑關節軸承在疲勞試驗過程中受到拉載荷的影響。如果軸承端面與模具的平面度不匹配，則存在間隙。在試驗過程中，軸承端面和模具平面會有擠壓和相對位移，導致兩個平面粘附磨損。軸承每次拉動都會產生金屬微組織的滑動。組織滑動積累后，形成塑性流變層。塑性流變層越厚，磨損越嚴重。
故障軸承端面有明顯的磨損和滾動痕跡，典型的粘附磨損特征。軸承內圈端面裂紋的萌生主要是由于軸承端面與工裝平面的粘著磨損，導致軸承端面的金屬塑性流變，導致金屬滑動和折疊。當軸承端面受到較大的切應力時，端面表面的金屬會發生塑性變形和開裂。一些微裂紋向內擴展，一些微裂紋導致塑性變形層剝落，最終在軸承端面形成凹坑。 更多的軸承信息和軸承知識可以在中國軸承網簡稱(中國軸承網)上查詢
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